基于液態(tài)金屬磁流體發(fā)電的船舶余熱發(fā)電裝置及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種船舶余熱發(fā)電裝置及其工作方法，尤其涉及一種基于液態(tài)金屬磁流體發(fā)電的船舶余熱發(fā)電裝置及其工作方法，其屬于節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]磁流體(magneto hydrodynamics，簡稱MHD)發(fā)電機，是根據(jù)法拉第的電磁感應原理，利用導電流體在磁場中切割磁力線來產(chǎn)生電能，與常規(guī)的線圈式發(fā)電機不同的是，MHD發(fā)電機是導電流體切割磁力線而不是固體的線圈繞組。
[0003]磁流體發(fā)電機主要有兩種形式，高溫等離子氣體磁流體發(fā)電機和液態(tài)金屬磁流體發(fā)電機(Liquid metal MHD簡稱LMMHD)，前者是以石油、煤、天然氣等為熱源，以高溫電離的導電氣體為工質(zhì)來發(fā)電的，由于其熱源溫度通常在3000K左右，它和蒸汽聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電效率可達50%?60%。
[0004]液態(tài)金屬相比高溫氣體，具有導電率高，比熱大，熱源溫度要求不高等優(yōu)點，以液態(tài)金屬為流動工質(zhì)的磁流體發(fā)電系統(tǒng)有著以下優(yōu)點:(1)由于氣體膨脹時仍可以被液態(tài)金屬加熱，近似于等溫膨脹，加上氣體和液態(tài)金屬的直接接觸傳熱，在同一熱源溫度下，它的效率是相當高的；(2)磁流體發(fā)電通道沒有運動的機械部件，這可以使設(shè)計更加簡單，并且減少系統(tǒng)的成本，增加穩(wěn)定性；(3)可選擇的熱源范圍很大，既可以是普通的煤、石油、天然氣、也可以是核能，還可以利用做功能力較差的熱源，比如太陽能、工業(yè)廢熱；(4)可以作為聯(lián)合循環(huán)中的一級，既可以是頂級，也可以是低級，增加了應用的范圍，同時聯(lián)合循環(huán)可以提尚系統(tǒng)的效率。
[0005]目前船舶主機煙氣經(jīng)余熱鍋爐回收后的排氣溫度仍可達200°C，船上發(fā)電柴油機排熱可達400°C左右，若能充分利用這部分能量來發(fā)電，一方面可減少對船上柴油發(fā)電機組的依賴，避免從主機排氣取熱而影響主機功率；另一方面由于液態(tài)金屬磁流體發(fā)電裝置可充分利用低品質(zhì)的熱能，減少了能源的浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]本發(fā)明提供一種基于液態(tài)金屬磁流體發(fā)電的船舶余熱發(fā)電裝置及其工作方法，該裝置可以將船舶余熱轉(zhuǎn)化為機械能，再轉(zhuǎn)化為高品位的電能，余熱主要來自船舶余熱鍋爐的排熱和船上發(fā)電柴油機的排熱；該裝置可減少對柴油發(fā)電機組的依賴，避免從主機排熱取熱所造成的對主機功率的影響。在利用余熱發(fā)電的同時可以對海水進行淡化。本發(fā)明實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟性好、系統(tǒng)穩(wěn)定的余熱發(fā)電，有利于節(jié)能減排、低碳環(huán)保。
[0007]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種基于液態(tài)金屬磁流體發(fā)電的船舶余熱發(fā)電裝置，由熱源、液態(tài)金屬磁流體發(fā)電系統(tǒng)和海水淡化系統(tǒng)組成；
[0008]所述熱源由發(fā)電柴油機燃燒室、余熱鍋爐、熱淡水/蒸汽管、淡水管、二次煙氣輸出管組成，所述發(fā)電柴油機燃燒室煙氣出口以及余熱鍋爐的排熱出口和二次煙氣輸出管的入口連接，所述淡水管出口和余熱鍋爐淡水入口連接，余熱鍋爐淡水出口和熱淡水/蒸汽管連接；
[0009]所述液態(tài)金屬磁流體發(fā)電系統(tǒng)由余熱回收裝置、加熱器、MHD栗、混合室、MHD發(fā)電通道、噴管、分離器、冷凝器、栗組成，所述加熱器安裝于余熱回收裝置內(nèi)，所述余熱回收裝置外敷用以減少熱量散失的保溫層，所述加熱器液態(tài)金屬出口和MHD栗液態(tài)金屬入口連接，MHD栗液態(tài)金屬出口和混合室液態(tài)金屬入口連接，混合室混合流體出口和MHD發(fā)電通道流體入口連接，MHD發(fā)電通道流體出口和噴管流體入口連接，噴管流體出口和分離器流體入口連接，分離器液態(tài)金屬出口和加熱器磁流體入口連接，分離器低沸點工質(zhì)出口和冷凝器蒸氣入口連接，冷凝器低沸點工質(zhì)出口和栗入口連接，栗出口和混合室低沸點工質(zhì)入口連接；
[0010]所述海水淡化系統(tǒng)由海水輸送管道、冷凝器、再熱器、海水淡化裝置、淡水管、三次煙氣輸出管、排煙管組成，所述海水輸送管道和冷凝器海水入口端連接，冷凝器海水出口和再熱器海水入口連接，再熱器海水出口和海水淡化裝置海水入口連接，海水淡化裝置淡水出口和淡水管入口連接，三次煙氣輸出管煙氣出口和再熱器煙氣入口連接，再熱器煙氣出口和排煙管連接，所述余熱回收裝置的煙氣進口和和二次煙氣輸出管的出口連接，余熱回收裝置的煙氣出口和三次煙氣輸出管入口連接。
[0011]本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案:一種基于液態(tài)金屬磁流體發(fā)電的船舶余熱發(fā)電裝置的工作方法，步驟如下:
[0012]步驟一:熱源中發(fā)電柴油機燃燒室和余熱鍋爐的排熱同時經(jīng)二次煙氣輸出管送至余熱回收裝置中，經(jīng)淡化后的淡水由淡水管進入余熱鍋爐加熱后從熱淡水/蒸汽管流出供船上用水；
[0013]步驟二:被內(nèi)置于余熱回收裝置中的加熱器加熱后的高溫液態(tài)金屬經(jīng)MHD栗進入混合室和低沸點工質(zhì)混合，由于直接接觸，低沸點工質(zhì)很快汽化，進入MHD發(fā)電通道后，流體是兩相混合物，通道內(nèi)的電流在磁場作用下產(chǎn)生阻力，使流體壓力沿通道下降，氣體在壓差下膨脹，推動液態(tài)金屬流動切割磁感線發(fā)電，發(fā)電通道后還設(shè)置一個噴管，使汽體充分膨脹，然后進入分離器進行兩相分離，分離出來的液態(tài)金屬經(jīng)分離器液態(tài)金屬出口進入加熱器再次被加熱，分離出來的低沸點工質(zhì)蒸汽經(jīng)分離器低沸點工質(zhì)出口進入冷凝器冷凝成液體，然后被栗加壓從混合室低沸點工質(zhì)入口進入混合室；
[0014]步驟三:海水從海水輸送管道進入冷凝器和低沸點工質(zhì)蒸汽換熱，然后進入再熱器被從三次煙氣輸出管送來的三次煙氣再次加熱，換熱后的煙氣從排煙管排出，被再次加熱的海水進入海水淡化裝置進行淡化，產(chǎn)生淡水。
[0015]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0016](1)利用余熱鍋爐的排熱作為熱源，避免了傳統(tǒng)的由主機排煙直接取熱而造成主機有效功率下降的問題；
[0017](2)有效的利用了船舶的余熱，實現(xiàn)了由低品質(zhì)的熱能向高品質(zhì)的電能轉(zhuǎn)化，可減少對船上柴油發(fā)電機組的依賴，減少柴油機污染；
[0018](3)通過相關(guān)換熱器和流程設(shè)置，可在一定程度上減少海水淡化的能耗；
[0019](4)該發(fā)電裝置沒有運動的機械部件，可以使設(shè)計更加簡單，并且減少系統(tǒng)成本，增加穩(wěn)定性；
[0020](5)通過相關(guān)的換熱器和流程設(shè)置，可在一定程度上減少海水淡化的能耗；
[0021](6)本發(fā)明實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟性好、系統(tǒng)穩(wěn)定的余熱發(fā)電，有利于節(jié)能減排、低碳環(huán)保。
【附圖說明】
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[0022]圖1為本發(fā)明基于液態(tài)金屬磁流體發(fā)電的船舶余熱發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中:
[0024]1-發(fā)電柴油機燃燒室；2-熱淡水/蒸汽管；3-噴管；4-MHD發(fā)電通道；5_混合室；6_栗;7-淡水管;8-排煙管;9-海水輸送管道;10-冷凝器；11-再熱器;12-分離器;13-三次煙氣輸出管；14-海水淡化裝置；15-余熱回收裝置；16-加熱器；17-二次煙氣輸出管；18-MHD栗；19-余熱鍋爐;a-混合室液態(tài)金屬入口 ；b-混合室低沸點工質(zhì)入口 ；c-分離器液態(tài)金屬出口；d_分離器低沸點工質(zhì)出口；e-冷凝器海水出口 ；f_再熱器海水出口。
【具體實施方式】
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[0025]請參照圖1所示，本發(fā)明基于液態(tài)金屬磁流體發(fā)電的船舶余熱發(fā)電裝置由熱源，液態(tài)金屬磁流體發(fā)電系統(tǒng)，海水淡化系統(tǒng)組成。
[0026]上述熱源由發(fā)電柴油機燃燒室1、余熱鍋爐19、熱淡水/蒸汽管2、淡水管7、二次煙氣輸出管17組成，其中所述發(fā)電柴油機燃燒室1煙氣出口以及余熱鍋爐19的排熱出口和二次煙氣輸出管17的入口連接，所述淡水管7出口和余熱鍋爐19淡水入口連接，余熱鍋爐19淡水出口和熱淡水/蒸汽管2連接。
[0027]上述液態(tài)金屬磁流體發(fā)電系統(tǒng)由余熱回收裝置15、加熱器16、MHD栗18、混合室5、MHD發(fā)電通道4、噴管3、分離器12、冷凝器10、栗6組成，所述加熱器16安裝于余熱回收裝置15內(nèi)，所述余熱回收裝置15外敷用以減少熱量散失的保溫層，所述加熱器16液態(tài)金屬出口和MHD栗18液態(tài)金屬入口連接，MHD栗18液態(tài)金屬出口和混合室液態(tài)金屬入口連接，混合室5混合流體出口和MHD發(fā)電通道4流體入口連接，MHD發(fā)電通道4流體出口和噴管3流體入口連接，噴管3流體出口和分離器12流體入口連接，分離器液態(tài)金屬出口和加熱器16磁流體入口連接，分離器低沸點工質(zhì)出口和冷凝器10蒸氣入口連接，冷凝器10低沸點工質(zhì)出口和栗6入口連接，栗6出口和混合室低沸點工質(zhì)入口連接。
[0028]所述海水淡化系統(tǒng)由海水輸送管道9、冷凝器10、再熱器11、海水淡化裝置14、淡水管7、三次煙氣輸出管13、排煙管8組成，所述海水輸送管道9和冷凝器10海水入口端連接，冷凝器海水出口和再熱器11海水入口連接，再熱器海水出口和海水淡化裝置14海水入口連接，海水淡